FR2632421A1 - Emetteur et recepteur de message d'identification - Google Patents

Abstract

L'invention concerne les systèmes d'identification du type IFF mode 4. Elle consiste à modifier le préambule du message d'identification IFF mode 4 en effectuant une modulation par inversion de phase de certaines des impulsions du préambule de ce message. Ce codage s'effectue avantageusement selon un code de Barker à quatre éléments. Le récepteur du répondeur comprend alors un dispositif de corrélation 205 suivi d'un détecteur à seuil 206. Le corrélateur est avantageusement formé à l'aide d'une ligne acoustique à onde de surface. Elle permet d'augmenter la sécurité des systèmes d'identification des avions.

Description

EMETTEUR ET RECEPTEUR DE MESSAGE D'IDENTIFICATION
La présente invention se rapporte aux émetteurs et aux récepteurs de messages d'identification qui permettent par exemple de distinguer un avion ennemi d'un avion ami.

De tels systèmes d'identification sont contus dans l' rt sous~lte sigle d'origine anglo-saxonne IFF. Ces systèmes ont été initialement appliqués aux radars de surveillance aéronautique afin de distinguer parmi les échos provoqués par un ensemble d'avions ceux correspondant aux appareils contrôlés par l'autorité disposant de ce radar, de ceux correspondant aux autres appareils supposés hostiles a priori. Pour cela les avions dit amis étaient munis d'un répondeur qui provoquait une surbrillance de leur écho, ce qui permettait de les identifier relativement facilement sur l'écran cathodique de surveillance.

Par la suite le système a été étendu dans d'autres domaines que la surveillance aéronautique, et même jusqu'à la reconnaissance des personnes sur un territoire surveillé. De plus le répondeur a été muni d'un système de codage qui permet en principe d'éviter que des personnes étrangères n'utilisent un répondeur semblable afin de se dissimuler.

Tous les codes étant un jour ou l'autre décryptés, et donc susceptibles d'être imités, le codage des répéteurs a été perfectionné et compliqué par étapes, et la version actuelle du système IFF est-appelée
IFF mode 4. Le message de base, qui est envoyé pàr l'émetteur vers le mobile muni d'un répondeur, est constitué d'un train d'impulsions de 0,5 microseconde de large, d'une durée d'environ 70 microsecondes, et dont les fronts avant sont séparés les uns des autres par une durée de deux, trois, ou quatre microsecondes. Ce message est composé d'un préambule formé de quatre impulsions dont les fronts avant sont séparés de deux microsecondes et d'un message variable comportant les autres impulsions.

Le préambule permet de reconnaître l'arrivée d'un message IFF et d'initialiser le traitement de l'information contenue dans le message reçu.

Malgré cela on peut constater que la simple combinaison de quatre impulsions identiques séparées par des durées égales ne constitue pas un préambule particulièrement protégé, notamment contre les brouillages. Et il est apparu nécessaire d'améliorer ce codage sans en changer les caractéristiques essentielles afin, d'une part de ne pas apporter de modifications trop importantes aux appareillages existants, et d'autre part de dissimuler au mieux le changement de codage ainsi pratiqué.

Pour obtenir ces résultats, l'invention propose un émetteur de message d'identification, du type comprenant des moyens pour émettre un message formé d'un préambule composé de quatre impulsions hyperfréquences de même largeur régulièrement espacées suivi d'un message composé d'un ensemble d'impulsions identiques à celles du préambule mais disposées selon un code défini, principalement caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour coder par inversion de phase les impulsions du préambule.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées parmi lesquelles - la figure 1, qui représente le schéma d'un émetteur selon l'invention - la figure 2, qui représente le schéma d'un récepteur selon l'invention - la figure 3, qui représente le chronogramme des signaux dans le récepteur de la figure 2.

Les oscillateurs actuellement disponibles, et pouvant être utilisés aussi bien dans l'émetteur de l'interrogateur que dans l'oscillateur local du répondeur porté par le mobile, ont une stabilité suffisante pour que le signal de fréquence intermédiaire, obtenu après réception et changemerit de fréquence dans le répondeur, reste cohérent pendant une durée nettement supérieure à la durée du préambule d'un message IFF. Ainsi on peut donc moduler de manière supplémentaire les impulsions constituant le préambule en effectuant un saut de phase de 180 degrés de la porteuse entre deux impulsions successives de ce préambule. Ce saut de phase permet ainsi un codage de ces quatre impulsions, et dans une réalisation préférée on utilise un code dit de Barker qui permet une reconnaissance par autocorrélation.On rappelle ici que dans le cas de quatre éléments les codes de Barker sont : 0010 et 0100, ainsi que bien entendu les compléments de ces deux nombres.

Le schéma d'un interrogateur permettant d'émettre un tel message est représenté sur la figure 1.

Un oscillateur 101 très stable permet d'obtenir la fréquence d'émission. Cette fréquence est également appliquée à un diviseur 102 qui délivre un signal d'horloge à 1 mégacycle dont les créneaux sont utilisés pour marquer les impulsions formant le message IFF. Ce signal d'horloge est appliqué à un compteur 103 qui divise par 64, et dont les états sont sortis en parallèle et appliqués à une logique de contrôle 104. Cette logique de contrôle, qui reçoit par ailleurs les signaux de commande déterminant le contenu du message à émettre, sélectionne parmi les étages du compteur 103 ceux qui correspondent aux positions dans le temps des impulsions à émettre en fonction de ces signaux de commande.

On obtient ainsi un signal binaire qui représente ce message IFF et qui débute systématiquement par quatre créneaux de 0,5 microseconde de large, espacés de deux microsecondes. Ce signal binaire sort en série de la logique de contrôle 104 et est appliqué à une porte analogique 105 qui s'ouvre sous les niveaux hauts de ce signal. Elle laisse alors passer le signal de l'oscillateur 101 qu'elle reçoit sur son autre entrée. Ce signal, ainsi découpé pour former le train IFF classique, est appliqué à un amplificateur inverseur 108. On obtient ainsi sur les sorties de la porte 105 et de cet amplificateur 108 respectivement deux signaux identiques mais de phases opposées.

Ces deux signaux sont appliqués respectivement sur les entrées de deux portes analogiques 106 et 107. La logique de contrôle 104 émet par ailleurs sur une autre sortie le créneau correspondant au troisième bit du signal binaire qui ouvre la porte 105. Ce créneau est appliqué aux entrées de commande des deux portes 106 et 107. L'une de ces entrées, celle de la porte 106 sur la figure, est inverseuse alors que l'autre ne l'est pas. Ainsi pendant que l'une sera ouverte sous l'effet du créneau, I'autre sera fermée, et vice versa. L'une des portes délivre donc le signal IFF à émettre à l'exception de la troisième impulsion de ce signal, et l'autre porte délivre uniquement cette troisième impulsion, mais avec une phase inverse de celle des trois impulsions de tête du signal fourni par la première porte. En rassemblant ces sorties on obtient le signal IFF répondant aux caractéristiques de l'invention.

Pour cela les sorties des portes 106 et 1û7 sont appliquées à l'entrée d'un amplificateur/sommateur de puissance 109 qui délivre donc sur un aérien convenable le signal IFF modifié selon l'invention.

La partie récepteur d'un répondeur permettant de recevoir et d'utiliser ce message est représentée sur la figure 2.

Le signal UHF reçu sur l'aérien est tout d'abord amplifié dans un préamplificateur 201. Le signal ainsi amplifié est mélangé dans un mélangeur 203 au signal d'un oscillateur local très stable 202. On obtient ainsi le signal à fréquence intermédiaire qui est amplifié dans un amplificateur FI 204.

Cet amplificateur 204 comprend une partie détectrice qui délivre le signal binaire reçu, identique en principe au signal binaire provenant de la logique de contrôle 104. Ceci correspond jusqu'à présent aux organes de réception classique d'un répondeur.

Selon l'invention l'amplificateur à fréquence intermédiaire 204 délivre en outre sur une autre sortie le signal à fréquence intermédiaire amplifié et écrété mais non détecté. Ce signal est appliqué à un corrélateur 205, qui sera décrit plus loin, et qui délivre une série d'impulsions correspondant aux corrélations sur quatre bits successifs du signal binaire contenu dans le signal à fréquence intermédiaire. Ces impulsions ont le rythme de répétition des impulsions du signal binaire, mais elles sont décalées d'un retard T dû au fonctionnement du corrélateur, et leurs successions ne représentent pas ce signal binaire puisqu'elles correspondent effectivement à un produit d'autocorrélation.

Selon le contenu du message leur niveau varie dans un rapport 1 à 4, et ceci de manière aléatoire dans le corps du message proprement dit. Par contre dans le préambule le niveau en sortie du corrélateur ne dépasse pas la valeur I définie précédemment, jusqu'à ce que la totalité du préambule soit traitée par ce corrélateur. A ce moment le niveau du signal de sortie atteint la valeur 4. Ceci est dû aux propriétés du code de Barker utilisé et qui sert précisément à obtenir une forte autocorrélation localisée pour pouvoir synchroniser le message.

Le signal en sortie du corrélateur 205 est alors appliqué à un détecteur à seuil 206 dont le seuil est réglé à un niveau légèrement supérieur au niveau 3 tel que défini précédemment. Ce niveau peut être déterminé de manière fixe puisque les signaux provenant de l'amplificateur FI sont écrétés. Ainsi on aura une très bonne discrimination du préambule, qui sera marqué par l'arrivée d'impulsions relativement étroites en sortie du détecteur 206.

Pour utiliser ce repérage du préambule, I'impulsion en sortie du détecteur 206 est appliquée à l'entrée S de positionnement d'une bascule du type RS 207. Celle-ci se positionne alors et sa sortie Q monte en ouvrant une porte 208.

Cette porte 208 laisse alors passer le signal provenant d'un oscillateur à 8 MHz 209. Le signal délivré par la porte 208 est divisé par huit dans un diviseur 210. Le signal à 1 MHz ainsi obtenu est lui-même divisé par 64 dans un diviseur 211. Lorsque ce diviseur 211 a terminé de compter il fait fonctionner une bascule monostable 212 qui émet un signal, lequel est appliqué sur l'entrée de repositionnement R de la bascule 207. La sortie Q de cette bascule retombe à zéro ce qui ferme la porte 208. On a donc obtenu ainsi en sortie du diviseur 210 un train de 64 impulsions à 1
MHz débutant après le préambule du message IFF avec un retard T
Les impulsions en sortie de l'amplificateur Fl 204 sont appliquées à un circuit de mise en forme 214, qui permet d'obtenir des signaux propres, et par ailleurs applique un retard égal à T à tous ces signaux.En sortie de ce circuit le message IFF est donc en phase avec le peigne de 64 créneaux délivré par le diviseur 210.

Le message IFF, et le peigne de créneaux permettant de le décoder, sont enfin appliqués à un dispositif logique d'exploitation 213 qui permet ce décodage et délivre les divers signaux utiles pour les autres organes du répondeur.

Le chronogramme des signaux en sortie des principaux organes représentés sur la figure 2 est représenté sur la figure 3, chaque ligne étant repérée par le numéro de l'organe qui émet le signal correspondant.

Ainsi la ligne 204 représente l'enveloppe du signal Fl délivré par l'amplificateur 204. Sur la ligne 205 on voit les signaux provenant du corrélateur qui ont un retard T sur ceux de la ligne 204 et une forme triangulaire due au fonctionnement du corrélateur. Il y a un premier signal triangulaire correspondant à l'arrivée de la première impulsion du préambule du message, une absence de signal pour la deuxième impulsion qui annule l'effet de la première, un nouveau signal triangulaire correspondant à l'arrivée de la troisième impulsion, et un quatrième signal triangulaire quatre fois plus élevé que les deux premiers et correspondant à l'arrivée de la quatrième impulsion, c'est-à-dire à la fin du préambule et à la reconnaissance de celui-ci.

Après passage dans le détecteur à seuil 206 on obtient l'impulsion unique de la ligne 206 correspondant au sommet de la troisième impulsion triangulaire de la ligne 205.

Cette impulsion unique déclenche la monostable 207 ce qui ouvre le long créneau de la ligne 207.

Ce créneau ouvre la porte 208 qui délivre donc une série d'impulsions à 8 MHz représentées sur la ligne 208.

Ces impulsions, divisées dans le diviseur par huit 210, donnent le créneau à 1 MHz de la ligne 210. Le message IFF détecté dans l'amplificateur 204 et retardé de T est représenté sur la ligne 214.

Lorsque le diviseur par soixante-quatre 211 arrive à l'état 32, il ouvre un créneau représenté sur la figure par la ligne 211, et lorsqu'il arrive à l'état 64 il ferme ce créneau ce qui déclenche la monostable 212, laquelle émet l'impulsion de la ligne 212 qui vient refermer la bascule 207, ce qui termine le créneau de la ligne 207.

Divers solutions sont connues dans l'art pour réaliser le corrélateur 209. Une solution à la fois simple et donnant des résultats excellents consiste à utiliser une ligne acoustique à ondes de surface.

On sait qu'une telle ligne acoustique est constituée d'une plaquette en matériau piézoélectrique de caractéristiques convenables munie à une extrémité d'un transducteur d'émission en forme de peigne interdigité. En l'appliquant à ce transducteur un signal électrique, dont la fréquence peut être aussi élevée que la fréquence intermédiaire à 60 MHz utilisée dans le récepteur du répondeur, on génère des ondes acoustiques qui se propagent à la surface de la plaquette formant la ligne acoustique.

En raison des propriétés piézoélectriques du matériau qui forme ces plaquettes, et qui ont permis justement l'apparition de ces ondes sous
I'excitation du transducteur d'entrée, les ondes induisent un champ électrique qui les accompagne dans leur trajet à la surface de la plaquette.

Si l'on dispose alors à la surface de cette plaquette sur le trajet des ondes un autre transducteur de sortie, formé lui aussi de peignes interdigités, le champ électrique provenant des ondes sonores induira dans ce transducteur un signal électrique. Ce signal aura en fonction du temps un front avant en forme de rampe correspondant à l'entrée de l'impulsion dans la première dent du transducteur. Ce front avant sera suivi éventuellement d'un plateau puis d'un front arrière en forme de rampe descendante correspondant à la sortie de l'impulsion de la dernière dent du transducteur.

Le niveau maximal du signal est atteint lorsque la largeur du transducteur correspond à l'étendue de l'onde sonore, déterminée par la durée de l'impulsion électrique appliquée au transducteur d'entrée et la vitesse - de ces ondes à la surface de la plaquette. Au-delà de cette dimension on n'obtient qu'un étalement du signal de réponse sans augmenter son amplitude. On a donc intérêt à se limiter à une dimension du transducteur de sortie égale à celle qui donne juste l'amplitude maximale du signal, c'est-à-dire un triangle de- durée sensiblement égal à deux fois l'impulsion de départ.

Le signal sortant d'un tel transducteur sera donc retardé par rapport au signal appliqué sur le transducteur d'entrée d'une durée déterminée par son éloignement du transducteur d'entrée. En échelonnant donc sur la surface de la plaquette formée dans la ligne acoustique quatre transducteurs séparés par des distances correspondant à des retards successifs de deux microsecondes les quatre impulsions du préambule du message IFF exciteront simultanément ces quatre transducteurs lorsque la dernière atteindra le premier transducteur de sortie situé après le transducteur d'entrée. Les dimensions physiques des transducteurs imposent de les séparer d'une distance minimum et donc ce premier transducteur amènera un retard T par rapport à l'arrivée des impulsions et ce retard se répercutera sur les - autres impulsions avec à chaque fois un retard supplémentaire de deux microsecondes.

Selon le sens de branchement des électrodes en peigne des trans ducteurs le signal électrique sur la sortie est dans un sens ou dans un autre ce qui pour un signal de sortie sinusolZdal correspond à un changement de phase de 180 degrés.

Pour pouvoir alors obtenir le produit de corrélation des quatre impulsions du préambule on connecte le premier, le troisième et le quatrième transducteurs de sortie repérés en partant du transducteur d'entrée dans un sens et le second transducteur dans l'autre sens. Les sorties de ces transducteurs sont alors connectées à un amplificateur/ sommateur qui délivre un signal unique pour l'ensemble des quatre transducteurs.

Cette disposition permet d'obtenir le produit de corrélation des quatre impulsions du préambule dont la phase est repérée par les signes plus et moins sur la ligne 204 de la figure 3.

Ainsi lorsque la première impulsion excite le premier transducteur on obtient un premier signal de sortie triangulaire.

Lorsque la deuxième impulsion excite ce premier transducteur la première impulsion excite le deuxième transducteur dans le sens de connexion inverse de celui du premier transducteur. Les effets de ces deux impulsions se neutralisent et il n'y a pas de signal à la sortie de l'amplificateur/som mateur.

Lorsque c'est le tour de la troisième impulsion d'exciter le premier transducteur de sortie elle provoque l'apparition d'un deuxième signal triangulaire alors que les effets des deux premières dans les deuxième et troisième transducteurs se neutralisent. Ce deuxième signal triangulaire a lui aussi une hauteur conventionnelle de 1 qui n'est donc pas plus grande que celle du premier signal triangulaire.

Lorsque par contre c'est la quatrième impulsion qui vient exciter le premier transducteur le signal qu'elle provoque dans celui-ci vient s'ajouter aux signaux provoqués par les première et deuxième impulsions dans les quatrième et troisième transducteurs ainsi qu'au signal provoqué par la troisième impulsion dans le deuxième transducteur. En effet cette troisième impulsion est d'une phase opposée aux trois autres mais comme elle excite un transducteur dont la réponse est inversée par. rapport aux trois autres le signal résultant s'ajoute et l'on obtient ainsi en sortie de
I'amplificateur/sommateur un signal triangulaire dont l'amplitude est dans un rapport quatre à un par rapport à l'amplitude des deux premiers signaux triangulaires.C'est bien le résultat de l'autocorrélation souhaité en utilisant un code de Barker et la discrimination par un seuil donne alors de très bons résultats.

Si la stabilité à court terme des différents éléments utilisés notamment de l'oscillateur de l'interrogateur et de l'oscillateur local du répondeur permet parfaitement de garder l'écart de phase entre les impulsions du préambule du message IFF il est bien clair que la stabilité à long terme ne peut être parfaite ainsi les réglages de base des éléments et des oscillateurs. Avec les valeurs couramment utilisées dans les dispositifs d'identification c'est-à-dire une fréquence d'émission de l'interrogateur de 1030 MHz une fréquence de l'oscillateur local du répondeur de 1090 MHz et une ligne acoustique à ondes de surface à 60 MHz, il est nécessaire pour garder un seuil de détection du pic d'autocorrélation nettement supérieur à un rapport trois de limiter l'ensemble des ves et des imprécisions à 40 kHz.

Compte tenu des limitations technologiques actuelles cet écart peut être réparti à raison de plus ou moins 15 kHz- pour la fréquence centrale de la ligne acoustique de plus ou moins 10 kHz pour la fréquence d'émission de l'interrogateur soit plus ou moins 10 10-6 et de plus ou moins 15 kHz pour la fréquence de l'oscillateur local du répondeur ce qui correspond à plus ou moins 14 10-6.

Enfin pour tenir compte de l'influence des brouilleurs éventuels, il est parfois utile de placer le seuil de discrimination à un rapport deux.

Claims (10)

REVENDiCATIONS

1. Emetteur de message d'identification, du type comprenant des moyens (101, 102, 109) pour émettre un message formé d'un préambule composé de quatre impulsions hyperfréquences de même largeur régulièrement espacées suivi d'un message composé d'un ensemble d'impulsions identiques à celles du préambule mais disposées selon un code défini, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (103-108) pour coder par inversion de phase les impulsions du préambule.

2. Emetteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de codage (103-108) permettent de coder les impulsions du préambule selon un code de Barker à quatre éléments.

3. Emetteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la troisième impulsion du préambule est d'une phase opposée à celle des trois autres.

4. Récepteur de messages d'identification du type comprenant des moyens (201-203) de réception pour recevoir un signal hyperfréquence et délivrer au moins un message détecté formé d'un préambule composé de quatre impulsions de même largeur régulièrement espacées, suivi d'un message composé d'un ensemble d'impulsions identiques à celles du préambule mais disposées selon un code défini, caractérisé en ce que les moyens de réception permettent de délivrer un signal à fréquence intermédiaire modulé par le message détecté, et qu'il comprend en outre des moyens (205,206) pour décoder les impulsions du préambule en fonction d'un code déterminé par une inversion de phase de certaines de ces impulsions et pour délivrer un signal indiquant la détection de ce code et donc l'arrivée du préambule.

5. Récepteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de décodage permettent de décoder un code de Barker à quatre éléments.

6. Récepteur selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens (205, 206) de décodage permettent de détecter que la troisième impulsion de préambule est d'une phase opposée à celle des trois autres impulsions de ce préambule.

7. Récepteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens de décodage comprennent un corrélateur permettant d'effectuer le produit de corrélation des quatre impulsions du préambule en fonction du signe de leur phase et un circuit à seuil permettant de détecter dans le signal de sortie du corrélateur un signal dont l'amplitude est supérieure a au moins deux fois l'amplitude correspondant à une impulsion isolée.

8. Récepteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corrélateur (205) comprend une ligne acoustique à ondes de surface munie d'un transducteur d'entrée recevant le signal de fréquence intermédiaire et de quatre transducteurs de sortie répartis régulièrement le long de cette ligne acoustique pour délivrer simultanément des signaux en réponse aux quatre impulsions du préambule, et un amplificateur/sommateur pour recevoir les signaux des transducteurs de sortie et délivrer le signal destiné au détecteur à seuil ; les connexions des transducteurs de sortie étant connectées de manière à donner des signaux qui s'ajoutent lorsque les quatre impulsions du préambule excitent les quatre transducteurs de sortie.

9. Récepteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (212) pour mettre en forme et retarder d'une durée correspondant à celle du traitement par le corrélateur (205) le message détecté, et des moyens (207-211) pour délivrer sous la commande du détecteur à seuil (206) un ensemble d'impulsions régulièrement espacées définissant une échelle de temps pour décoder la présence ou l'absence des impulsions du message détecté.

10. Récepteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce qu'il est adapté pour la réception des signaux IFF mode 4.